Sistem Gantry dalam Pencetakan 3D:Kelebihan, Kekurangan, dan Pertimbangan Utama

Sistem gantri adalah pendekatan untuk menciptakan sistem gerak presisi untuk peralatan mesin, seperti printer 3D, pemotong laser, dan router CNC. Terminologi ini tidak memberikan definisi yang tepat tentang suatu struktur, karena berbagai pendekatan untuk menciptakan gantries gerak presisi berbeda dalam beberapa hal utama. Sistem gantri juga dapat digunakan untuk titik sistem pencetakan aplikasi seperti FDM/FFF atau sistem MetalX Desktop Metal, namun juga digunakan untuk area pendukung printhead aplikasi seperti OBJET, sistem pengikat pengikat, dan bahkan pembuatan objek laminasi (LOM).

Dalam beberapa hal, lengan robot yang digunakan dalam pembuatan aditif robot juga dapat dianggap sebagai sistem gantri meskipun sering kali menggunakan geometri koordinat polar sebagian daripada posisi ortogonal 3 sumbu. Hal ini umumnya hanya berlaku jika robot itu sendiri dipasang pada gantry.

Artikel ini akan membahas apa itu sistem gantry untuk pencetakan 3D, serta kelebihan dan kekurangannya.

Apa Itu Sistem Gantry untuk Pencetakan 3D?

Sistem Gantry mendukung aplikasi titik atau area printhead 3D. Ini menyediakan setidaknya beberapa sumbu gerak yang memungkinkan kepala melintasi area pembangunan untuk menempatkan aplikasi material tepat pada titik yang diperlukan dalam pembangunan. Seringkali, satu atau lebih sumbu dikendalikan oleh gerakan meja. Namun, ini dipasang pada rangka gantri, dan pada dasarnya dapat dianggap sebagai bagian integral dari gantri. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Cara Kerja Pencetakan 3D.

Apa Keuntungan Sistem Gantry untuk Proyek Pencetakan 3D?

Ada berbagai keuntungan membangun printer 3D berbasis penggunaan sistem gantry, antara lain:

1. Secara luas dianggap sebagai metode berbiaya rendah untuk menyediakan pemosisian dan kontrol gerakan yang tepat pada printhead atau ekstruder printer 3D. Hal ini memungkinkan struktur berbiaya relatif rendah untuk memberikan penentuan posisi dan kontrol gerakan cepat yang akurat dan berulang. Hal ini menghasilkan reproduksi file yang dicetak lebih baik tanpa memerlukan peralatan berbiaya tinggi.
2. Memungkinkan printhead atau ekstruder untuk berakselerasi dan melambat dengan cepat, tanpa salah penempatan akibat gaya reaksi. Memungkinkan pemosisian kepala cetak yang lebih cepat dalam pergerakan di antara operasi pencetakan mengurangi waktu pencetakan secara keseluruhan.
3. Dapat digunakan untuk mengakomodasi variasi ukuran dan bentuk alas cetak tanpa desain ulang besar-besaran. Hal ini memungkinkan kesamaan suku cadang dan kontrol gerak pada berbagai ukuran alat berat. Karena sebagian besar gantri terbuat dari bahan yang diekstrusi atau dipotong dan dilipat dengan laser, peningkatan ukuran mesin dapat dicapai hanya dengan memanjangkan bagian struktural dan mekanisme penggerak. Opsi ini hanya dibatasi oleh hilangnya kekakuan yang pada akhirnya akan mengakibatkan gerakan menjadi kurang akurat.
4. Konstruksi sistem gantri yang kaku harus dirancang untuk memberikan stabilitas struktural selama operasi pencetakan dan khususnya selama pergerakan penentuan posisi. Hal ini mengurangi risiko osilasi yang dapat mengganggu kualitas cetakan.
5. Menawarkan akses terbuka ke komponen penggerak, bantalan, dan transmisi. Hal ini membuat mesin berbasis gantry lebih mudah dirawat. Desain yang melibatkan sedikit komponen bergerak dan mekanisme yang terlihat dan dapat diakses juga memudahkan pembersihan dan inspeksi.

Apa Kerugian Sistem Gantry untuk Proyek Pencetakan 3D?

Sistem Gantry memiliki berbagai keunggulan dalam konstruksi dan pengoperasian printer 3D, antara lain:

1. Sistem gantri yang lebih kompleks dan kaku bisa berukuran cukup besar dan berat. Hal ini membuatnya sulit untuk ditempatkan dan dipindahkan serta membutuhkan ruang yang lebih besar untuk pemasangannya.
2. Mesin berukuran besar yang dibuat menggunakan sistem gantri bisa lebih mahal dibandingkan pendekatan struktur mesin lainnya, karena ukuran dan kerumitannya.
3. Mesin dengan sistem gantri berbentuk kubus dapat membatasi akses pengguna ke tempat pencetakan. Hal ini menghalangi penghapusan hasil cetakan atau membuat penyesuaian yang diperlukan selama proses pencetakan menjadi sulit bagi pengguna.
4. Printer gantry terbuka dapat menghasilkan lebih banyak kebisingan dan getaran selama pencetakan, khususnya dalam memperkuat resonansi motor stepper yang biasanya dipasang keras pada bagian rangka. Hal ini dapat mengganggu atau mengganggu di lingkungan yang tenang.

Apa Saja Berbagai Jenis Sistem Gantry untuk Pencetakan 3D?

Ada berbagai sistem gantri khusus yang digunakan di pasar pencetakan 3D. Ini termasuk:

1. Cartesian-XY-Kepala

Sistem gantri kepala Cartesian-XY adalah jenis sistem kontrol gerak yang biasa digunakan pada printer 3D (dan berbagai kelas mesin CNC lainnya). Pendekatan konstruksi ini menggerakkan printhead atau ekstruder sepanjang sumbu X gantri dan menggerakkan sumbu Y dengan menggerakkan seluruh gantri. Hal ini dapat melibatkan pergerakan massa yang tinggi pada sumbu Y dan dapat mengakibatkan risiko getaran alat berat yang lebih besar, terutama selama manuver akselerasi tinggi.

Dalam sistem gantri seperti itu, alas cetak dipasang, dan kepala cetak atau ekstruder bergerak sepanjang dua sumbu tegak lurus, biasanya berjalan di poros tanah dengan bantalan linier bola bersirkulasi. Versi dengan harga lebih tinggi sering kali menggunakan rel V dengan bantalan rol beralur V eksternal sebagai pemandu, sehingga mengurangi keausan bantalan. Sumbu X biasanya didefinisikan sebagai acros s mesin, sedangkan sumbu Y berorientasi mundur/maju relatif terhadap perangkat. Sumbu Z memosisikan ketinggian vertikal kepala cetak atau ekstruder dan mengikuti gerakan gantri X.

Sistem gantri Cartesian-XY sederhana dan mudah dibuat dan dioperasikan. Mereka juga memberikan presisi dan kemampuan pengulangan yang baik, sehingga memungkinkan penempatan kepala cetak dengan presisi tinggi. Namun, mereka memiliki keterbatasan dalam hal kecepatan dan akselerasi serta mungkin kurang kaku dalam beberapa hal.

2. Salib Bergaya Ultimaker

Sistem gantri bersilangan gaya Ultimaker adalah struktur mekanis dan sistem gerak sumbu yang kurang umum digunakan dalam pencetakan 3D. Ini memiliki dua gantri paralel yang memposisikan kepala cetak atau ekstruder di sepanjang sumbu X dan Y. Gantri tersebut dihubungkan dengan sebuah palang, yang dimaksudkan untuk menstabilkan pergerakan di sepanjang kedua sumbu dengan berbagi kekakuan. Gerakan sumbu Z biasanya dilakukan pada kedua sumbu ini, bukan didelegasikan ke alas cetak naik dan turun.

Dalam sistem ini, alas cetak biasanya tetap dan stabil. Kepala cetak atau ekstruder bergerak sepanjang sumbu X dan Y. Mereka digerakkan oleh motor stepper yang mentransmisikan gerakan melalui sabuk bergigi. Kedua gantri tersebut mampu bergerak secara bersamaan. Hal ini memungkinkan kelengkungan yang mulus dan gerakan bebas sentakan di antara operasi pencetakan, karena perubahan arah yang tiba-tiba dapat diminimalkan. Pendekatan ini juga menawarkan stabilitas yang baik selama pencetakan, sehingga meningkatkan kualitas hasil cetakan.

Pendekatan desain ini lebih kompleks dan memerlukan lebih banyak upaya dalam pengaturan dan kalibrasi dibandingkan desain yang lebih sederhana. Hal ini terutama dipengaruhi oleh penggerak sabuk yang memerlukan penyelarasan yang sangat baik untuk memastikan gerakan yang akurat dan berulang. Beberapa pengguna juga melaporkan kesulitan dalam mengakses alas cetak untuk melakukan penyesuaian selama pencetakan, karena kedua gantri terkadang dapat memblokir akses selama pencetakan.

3. CoreXY

Sistem gantri CoreXY adalah struktur yang digunakan dalam desain printer 3D yang memiliki motor stepper stasioner untuk menggerakkan sumbu X dan Y. Hal ini mengurangi massa yang bergerak di gantri selama pergerakan sumbu Y, karena penggerak sumbu Y tetap pada tempatnya. Hal ini memungkinkan akselerasi yang lebih tinggi dan pergerakan kepala cetak yang lebih presisi, sehingga memberikan hasil cetakan berkualitas lebih tinggi.

Sistem CoreXY bekerja dengan menggunakan rangkaian puli dan sabuk resirkulasi (loop) yang disusun sedemikian rupa sehingga sabuk penggerak saling bersilangan pada inti atau pusat sistem. Menggerakan sabuk bergerigi akan menggerakkan kepala cetak ke arah X dan Y dengan inersia yang lebih rendah.

Memindahkan massa yang lebih sedikit memungkinkan struktur gantry yang lebih ringan. Massa bergerak yang harus ditahan pada momen akselerasi tinggi lebih sedikit. Pendekatan ini lebih sensitif terhadap ketegangan sabuk dan kondisi geser dibandingkan sistem lain dan mungkin rumit untuk diatur dan dikalibrasi. Kapasitas akselerasi dianggap cukup sebagai keunggulan dibandingkan masalah penyiapan, sehingga sistem ini populer di kalangan beberapa pengguna dalam kategori lebih mahir.

4. i3-Gaya Cartesian-XZ-Head

Cartesian-XZ-Head bergaya i3 sangat banyak digunakan dalam desain printer 3D. Dalam pendekatan ini, platform pencetakan itu sendiri diangkat dan diturunkan (gerakan sumbu Z), sedangkan kepala cetak diangkut secara terpisah pada gantry untuk sumbu X. Ekstruder dipasang pada kereta yang bergerak sepanjang sumbu X pada poros tanah presisi, menggunakan semak bola resirkulasi. Pada alat berat yang lebih besar dan harganya lebih mahal, relnya bisa berbentuk V, dengan bantalan rol dipasang pada rel tersebut. Rel linier dan bantalan penggeser juga dapat digunakan untuk presisi yang lebih tinggi.

Pada printer 3D tipe i3, sumbu Y biasanya berupa alas bergerak, yang bergerak maju mundur sementara gantri mengontrol sumbu X. Hal ini umumnya disebut sebagai jenis printer 3D yang “tidak dapat diandalkan”.

Desain ini sederhana dan mudah dibuat, menjadikannya pilihan populer untuk printer 3D rumahan/hobi. Ini memberikan akurasi dan presisi yang baik pada mesin yang lebih kecil, namun secara umum, memerlukan akselerasi dan perubahan arah yang moderat karena kekakuan yang relatif rendah dan inersia yang tinggi.

Kelemahan utama dari desain ini adalah sangat sulit untuk mempertahankan lapisan yang rata dan mencapai ketebalan lapisan yang konsisten. Kekakuan yang buruk, dibandingkan dengan desain printer 3D lain yang harganya lebih mahal, dapat menimbulkan efek yang sangat signifikan pada kecepatan/akselerasi sumbu yang lebih tinggi.

5. H-Bot

H-bot adalah sistem gantry yang digunakan di beberapa printer 3D. Ia menggunakan penggerak sabuk dan rel linier dalam tata letak yang mirip dengan sistem CoreXY, memiliki motor stasioner untuk menggerakkan sumbu X dan Y.

Kedua sabuk untuk X dan Y membentuk huruf "H." Pergerakan sumbu X merupakan hasil gabungan gerak kedua sabuk yang bekerja secara serentak, sedangkan gerak sumbu Y dicapai dengan gerakan terkoordinasi kedua sabuk.

Tergantung pada desainnya, sumbu Z dapat menaikkan/menurunkan gantri, atau dapat menaikkan/menurunkan alas cetak.

Tata letak H-bot bisa lebih stabil dan kaku dibandingkan desain printer 3D lainnya, sehingga memberikan hasil cetakan berkualitas lebih tinggi. Motor stasioner mengurangi inersia sistem, sehingga memungkinkan akselerasi lebih tinggi dan memerlukan lebih sedikit kekakuan untuk stabilitas yang baik.

Desain H-bot rumit untuk disiapkan dan sulit dikalibrasi serta dilaporkan memerlukan lebih banyak pemeliharaan. Sedikit kelonggaran yang terjadi pada belt akan mengganggu presisi X-Y secara signifikan, yang merupakan masalah khusus dalam perawatan karena belt dapat meregang. Namun, jika dipelihara dengan baik, H-bot akan menjadi sistem gantri efektif yang mampu menghasilkan dan kualitas tinggi. kecepatan tinggi.

Bagaimana Sistem Gantry Dipelihara?

Sistem penggerak sumbu printer 3D memerlukan pemeriksaan dan pemeliharaan rutin untuk memastikan pengoperasian yang efektif. Dianjurkan untuk memeriksa prosedur pemeliharaan yang direkomendasikan OEM. Di bawah ini tercantum beberapa tip umum tentang cara merawat sistem gantri:

1. Periksa ketegangan sabuk penggerak secara teratur. Sabuk yang terlalu ketat menyebabkan keausan berlebih, dan sabuk yang longgar memengaruhi akurasi dan kemampuan pengulangan.
2. Pastikan semua permukaan bantalan dilumasi untuk menjaga kelancaran gerakan dan mengurangi keausan. Gunakan pelumas yang direkomendasikan pabrikan dan jangan melumasi secara berlebihan.
3. Periksa sabuk penggerak dari keausan, keretakan, keretakan, dan peregangan. 
4. Pastikan keselarasan belt idler dan puli penggerak. Ketidaksejajaran akan menyebabkan sabuk lebih cepat selip atau aus dan dapat memengaruhi respons sumbu atau motor menjadi terlalu panas.
5. Suhu motor stepper penggerak sumbu dapat menjadi indikator masalah penggerak. Mengawasi motor yang panas dapat membantu memperingatkan pengguna tentang berbagai masalah.
6. Bersihkan seluruh printer, khususnya konsentrasi pada sistem penggerak sumbu. Sebagian besar keausan (dan kegagalan selanjutnya) disebabkan langsung oleh kotoran pada komponen bergerak dan bantalan.

Bagaimana Cara Kerja Sistem Gantry untuk Pencetakan 3D?

Sistem gantri menyediakan kemampuan pengangkutan dan penggerak yang menggerakkan kepala cetak. Proses spesifiknya bervariasi tergantung pada jenis sistem gantry untuk pencetakan 3D. Sistem gantri pada printer 3D terbagi dalam empat kategori dasar:

1. Pada printer desktop FDM/FFF, gantri sering kali berupa lengkungan yang membawa kepala cetak. Ini menggerakkan printhead secara aksial melintasi tabel build (dalam arah X) dan menaikkan dan menurunkannya (arah Z). Pergerakan sumbu Y kemudian ditangani oleh pergerakan tabel build. Hal ini memungkinkan gantry berada pada posisi stasioner pada sumbu Y, sehingga mengurangi kebutuhan akan kekakuan struktural.
2. Pada printer FDM/FFF lainnya, sumbu Y ditangani dengan menggerakkan seluruh gantri pada sumbu Y. Hal ini mengharuskan gantry menjadi lebih kaku pada arah Y untuk menghindari osilasi pada sumbu Y saat akselerasi dan perlambatan.
3. Bentuk struktur gantri yang lebih kaku yang memungkinkan lintasan lebih cepat tanpa goyang atau osilasi adalah rangka kubus yang menahan gerakan ketiga sumbu dengan kaku. Sistem ini lebih umum digunakan pada mesin berukuran sedang dan besar. Teknologi ini dapat memberikan gerakan dan akselerasi yang lebih cepat dengan hasil penentuan posisi kepala cetak yang lebih presisi.

Berapa Lama Sistem Gantry Pencetakan 3D Bertahan?

Printer 3D berbasis Gantry pada dasarnya dapat memiliki masa pakai yang tidak terbatas, dengan syarat tertentu. Syarat-syarat tersebut adalah pemeliharaan yang teratur dan menyeluruh, suku cadang tetap tersedia, dan terdapat nilai komersial dalam melakukan pemeliharaan dan perbaikan yang diperlukan. Printer 3D berbasis gantry merupakan kumpulan bagian fungsional dan struktural, dan ketahanan sistem secara keseluruhan bergantung pada tautan terlemah.

Apakah Sistem Gantry Mampu Mencetak Rumah?

Pencetakan 3D memang dapat membangun rumah dan bangunan besar lainnya. Pencetakan 3D pada bangunan merupakan bidang penelitian yang semakin meningkat dan upaya awal komersialisasi. Ada beberapa contoh rumah dan bangunan sipil lainnya yang telah dicetak 3D, biasanya menggunakan printer beton berbasis gantri atau lengan robot bergerak.

Sistem printer 3D yang digunakan untuk melakukan tugas ini beroperasi dengan cara yang mirip dengan pencetakan FDM/FFF, yaitu mengekstrusi butiran beton sebagai jalur untuk mencetak struktur lengkap. Beberapa aspek saat ini dilakukan dengan intervensi manual. Barang-barang seperti ambang jendela dan pintu harus dipasang dengan tangan, karena saat ini pencetakan “penopang” di bawah atap tidak dapat dilakukan.

Pendekatan yang dilakukan saat ini hanya dapat mencetak dinding vertikal dan tidak dapat menangani struktur atap. Semua aspek lainnya—mulai dari pipa ledeng dan kelistrikan, hingga pemasangan dan pelapis jendela, serta semua tugas penyelesaian dilakukan secara manual, dan tidak ada prospek untuk segera mengotomatiskannya.

Apakah Sistem Gantry Memiliki Area Cetak Terbatas?

Ya, ada volume dalam yang sangat terbatas gantry yang dapat dicetak. Gantry adalah struktur yang umumnya berada jauh di luar area/volume yang dapat dicetak pada mesin cetak 3D pada umumnya. 

Apakah Sistem Gantry Bergantung pada Perangkat Lunak 3D?

Printer 3D berbasis Gantry (seperti semua printer 3D) sangat bergantung pada berbagai jenis perangkat lunak 3D untuk menghasilkan bagian akhir.

CAD 3D harus digunakan pada tahap desain untuk menghasilkan model untuk dicetak. Kemudian model tersebut harus diiris-iris pada software pemotong agar model dapat dicetak berlapis-lapis. Lapisan yang diiris biasanya kemudian diubah menjadi kode G, untuk memberi instruksi pada printer 3D jalur mana yang harus diikuti oleh kepala alat untuk mencetak bentuk akhir. Hal ini disebut sebagai “jalur alat” dalam pencetakan 3D dan pemesinan CNC.

Apa Perbedaan Berbagai Sistem Gantry untuk Pencetakan 3D?

Ada beberapa perbedaan utama antara berbagai sistem gantry yang tersedia untuk pencetakan 3D. Ada berbagai jenis sistem gantri yang digunakan dalam pembuatan printer 3D, masing-masing memiliki kekuatan dan kekurangannya sendiri. Perbedaan utamanya adalah:

1. Kekakuan: Fleksibilitas tambahan mengurangi toleransi akselerasi printer, karena akselerasi yang tinggi akan mengganggu struktur dan menimbulkan getaran/osilasi yang dapat mengganggu proses pencetakan.
2. Berat: Bobot alat berat yang lebih tinggi dapat menjadi keuntungan dalam membantu stabilitas. bergerak lebih tinggi bagian namun bobotnya memerlukan gaya penggerak yang lebih besar dan kekakuan yang lebih besar untuk menghindari guncangan pada titik akselerasi atau perubahan arah.
3. Biaya: Struktur yang lebih ringan dan sederhana membutuhkan biaya lebih sedikit, namun struktur yang tidak memadai akan menghasilkan akurasi yang rendah dan kinerja yang buruk.
4. Pemeliharaan: Beberapa sistem gantri memudahkan perawatan, sementara sistem gantri lainnya mempersulit prosesnya.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Sistem Lengan Robot vs. Gantry untuk Pencetakan 3D.

Ringkasan

Artikel ini menyajikan sistem gantry, menjelaskan apa itu gantry, dan membahas cara kerjanya serta berbagai jenisnya. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang sistem gantri, hubungi perwakilan Xometry.

Xometry menyediakan berbagai kemampuan manufaktur, termasuk pencetakan 3D dan layanan bernilai tambah lainnya untuk semua kebutuhan pembuatan prototipe dan produksi Anda. Kunjungi situs web kami untuk mempelajari lebih lanjut atau meminta penawaran gratis tanpa kewajiban.

Pemberitahuan Hak Cipta dan Merek Dagang

1. OBJET® adalah merek dagang terdaftar dari Stratasys, Inc.

Penafian

Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.

Dekan McClements

Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.

Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements